boost::enable_if与SFINAE原则

本文介绍了SFINAE原则及如何使用enable_if和lazy_enable_if来实现条件编译。通过具体示例展示了如何根据类型特性选择性地使能模板函数。

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模板函数的重载遵循SFINAE原则(substitution-failure-is-not-an-error):当一个模板函数的返回值或参数类型无效的时候,该实例不会参与重载解析,也不会导致编译错误。

利用这个原则,可以设计出具有选择性的模板函数。


先看一个例子:

int negate(int i) { return -i; }                                //1

template <class F>
typename F::result_type negate(const F& f) { return -f(); }     //2

当编译器遇到negate(1)的调用的时候,非模板函数1完全匹配,但是模板函数2也会尝试去实例化。显然无法用int去实例化模板函数2,这里如果没有SFINAE原则就会导致编译错误。实际上用int实例化的模板函数2不会出现在重载决议列表中,可能这个实例直接被删掉了。

boost::enable_if就是用来将某些不合要求的模板函数从重载决议列表中踢掉。

template <bool B, class T = void>
struct enable_if_c {
  typedef T type;
};

template <class T>
struct enable_if_c<false, T> {};

template <class Cond, class T = void>
struct enable_if : public enable_if_c<Cond::value, T> {};


可以看到enable_if实际上继承自enable_if_c,而模板enable_if_c需要两个模板参数
第一个是bool类型,来自enable_if的第一个参数的bool成员value,第二个参数是用户提供的类型T。

enable_if_c的作用就是如果第一个模板参数为true,那么它就将第二个模板参数typedef为type,否则什么也不干。那么enable_if_c<true, T>::type就是T,而enable_if_c<false, T>::type就是错误


template <class T>
typename enable_if_c<boost::is_arithmetic<T>::value, T>::type 
foo(T t) { return t; }

上面这个函数foo只接受算术类型参数

使用enable_if可以写得更简单一些:

template <class T>
typename enable_if<boost::is_arithmetic<T>, T>::type 
foo(T t) { return t; }

注意:
enable_if第一个模板参数必须是定义了bool成员value的一个类类型Cond
第二个参数为任意类型T
enable_if<true, T>::type为T
enable_if<false, T>::type无效

注意SFINAE只适用于模板函数,所以不能用于模板类的普通成员函数,
可以用于模板函数和模板类的模板成员函数。



从上面可以看出:不管enable_if_c的第一个参数是true还是false,第二个参数类型必须正确。但是有一种需求是这样的:第一个参数为true的时候,用户保证第二个参数有效,而第一个参数为false的时候用户不保证有效。这个时候就无法使用enable_if了,因为这时解析enable_if模板就已经失败了,这已经不是SFINAE的范畴的

例如:

template <class T, class U> class mult_traits;

template <class T, class U>
typename enable_if<is_multipliable<T, U>, 
                   typename mult_traits<T, U>::type>::type
operator*(const T& t, const U& u) { ... }

对于某些类型T和U的mult_traits特化版本,用户定义了类型成员type,其它情况没有
那么对于“其它情况”,mul_traits<T, U>::type就无效,导致解析enable_if模板失败,所以enable_if就实现不了这个功能了

lazy_enable_if可以用来解决这个问题

lazy_enable_if也接受两个模板参数:
第一个与enable_if一样,是一个定义bool成员value的一个类类型Cond。
第二个参数是一个有效类型T,并且当Cond::value是true的时候,
由用户保证typedef过T::type,此时lazy_enable_if这个模板类定义类型成员
    typedef T::type type,

当Cond::value是false时不要求用户定义T::type,同时lazy_enable_if也啥都不定义,
这样一来就避免了在解析lazy_enable_if这个模板的时候遇到错误,
而是在求lazy_enable_if<false, T>::type的时候出现错误

正确代码如下:
template <class T, class U> class mult_traits;

template <class T, class U>
typename lazy_enable_if<is_multipliable<T, U>, 
                        typename mult_traits<T, U> >::type
operator*(const T& t, const U& u) { ... }


注意:
lazy_enable_if接受第一个模板参数是一个定义bool成员value的一个类类型Cond,
当Cond::value为true时第二个参数必须是定义类型成员type的类类型
当Cond::value为false时第二个参数为任意类型。

lazy_enable_if<true, T>::type为T::type
lazy_enable_if<false, T>::type无效

### 解决 `boost::enable_if` 中 `double` 类型导致的编译错误 当遇到 `boost::enable_if` 使用 `double` 类型时出现 "no type named 'type' in struct" 的编译错误,通常是因为模板参数推导失败或类型不匹配引起的。为了更好地理解并解决问题,可以考虑以下几个方面: #### 1. 模板特化默认参数 如果函数模板依赖于特定类型的特性来决定是否启用,则需要确保这些特性对于所有可能传递给模板的类型都已正确定义。 ```cpp template<typename T> typename std::enable_if<std::is_integral<T>::value, void>::type foo(T t) { // Integral-specific code here... } ``` 上述代码仅接受整数类型作为输入;尝试传入浮点数(如 `double`)将会触发类似的编译错误[^2]。 #### 2. SFINAE 原则的应用 SFINAE (Substitution Failure Is Not An Error) 是C++中的一个重要概念,在处理复杂的模板条件判断时非常有用。通过合理运用SFINAE原则,可以使某些情况下无法满足条件的重载版本失效而不引发硬性编译错误。 ```cpp #include <type_traits> // 正确的方式定义带条件约束的方法签名 template<class T, class Enable = typename std::enable_if<!std::is_same<T,double>::value,int>::type > void bar(const T& value); int main(){ int i=0; float f=0.0f; bar(i); // OK bar(f); // Also OK because !std::is_same<float,double>::value evaluates true //bar(0.0); // This would fail at compile time due to substitution failure. // No matching function found since std::is_same<double,double>::value is false. } ``` 此例子展示了如何利用 `std::enable_if` 和 `std::is_same` 来防止 `double` 被用于指定方法调用中,从而避免潜在的编译问题[^1]。 #### 3. 编译器行为差异的影响 值得注意的是不同版本的编译器可能会表现出不同的性能特点以及对标准的支持程度上的细微差别。因此建议确认所使用的编译工具链及其配置选项设置正确无误,并尽可能保持更新至最新稳定版以获得最佳兼容性和优化效果[^3]。
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